DE2613004A1

DE2613004A1 - Verfahren und einrichtung zur zuechtung von einkristallschichten

Info

Publication number: DE2613004A1
Application number: DE19762613004
Authority: DE
Inventors: Shin-Ichi Akai; Shin-Ichi Iguchi; Hideki Mori; Takashi Shimoda
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1975-03-26
Filing date: 1976-03-26
Publication date: 1976-09-30
Also published as: JPS5317116B2; JPS51111476A; DE2613004B2; DE2613004C3; US4063972A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. ,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820 SbT

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES 15, Kitahama 5-chome, Higashi-ku, Osaka / Japan

Verfahren und Einrichtung zur Züchtung von Einkristallschichten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur gleichzeitigen Züchtung mehrerer halbleitender epitaxialer Einkristallschichten auf mehreren Substraten aus der flüssigen Phase. Das Verfahren kann zur Züchtung epitaxialer Schichten mit einschichtiger, doppelschichtiger oder mehrschichtiger Struktur aus Halbleitern der Gruppen III-V, beispielsweise GaP und Ga. Al As (0<x<1) angewendet werden.

Das in der Dampfphase arbeitende epitaxiale Züchtungsverfahren zur Herstellung epitaxialer Schichten von GaAs und ^GaAs1__x ^p _x (0<x<1) auf einem GaAs Substrat oder epitaxialer

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Schichten von GaAs^_xP_x (CKx-CI) auf dem GaP-Substrat hat einen schnellen Fortschritt genommen. Kürzlich wurden 30

bis 50 Träger mit jeweils einer Fläche von 10 bis 20 cm in einem einzigen epitaxialen Züchtungsvorgang nach diesem Verfahren hergestellt. Im Gegensatz zu diesem Verfahren wurde das in der flüssigen Phase arbeitende epitaxiale Züchtungsverfahren zur Züchtung epitaxialer Schichten von GaP auf dem GaP-Substrat und von Ga^_xAl_xAs (0<x<1) auf dem GaAs-Substrat oft als für die Massenherstellung nicht geeignet bezeichnet, wobei ferner aber zu bemerken ist, daß das Verfahren zur Herstellung epitaxialer Schichten sehr hoher Qualität für Leuchtdioden und Halbleiterlaser geeignet ist.

In einem Aufsatz von R.H.Saul und 0.G. Lorimor mit dem Titel "Liquid Phase Epitaxy Processes for GaP LED's", erschienen in Journal of Crystal Growth, VoI 27 (1974), Seiten bis 192, sind verschiedene Versuche zur Anwendung des epitaxialen Züchtungsverfahrens der flüssigen Phase für die Massenproduktion beschrieben. Insbesondere das mit dünner Schmelze arbeitende Mehrschichten-Schieberverfahren (im folgenden auch als Dünnschmelzen-Verfahren bezeichnet) ist eingehend erläutert. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, v/eil es zu einer epitaxialen Züchtungsschicht gleichmäßiger Dicke mit einer besonders glatten Oberfläche führt, eine nur geringe Lösungsmittelmenge für die erforderliche flüssige Lösung benötigt, die Herstellung einer epitaxialen Züchtungsschicht mit einschichtiger oder mehrschichtiger Struktur (insbesondere pn-Übergangsschicht) mit einem einzigen Verfahrensschritt ermöglicht und nach ihm hergestellte GaP-Leuchtdioden einen ausgezeichneten Quantenwirkungsgrad haben. In Fig. 1a und 1b sind Anordnungen zur Erläuterung des Dünnschmelzen-Verfahrens dargestellt. Wie aus Fig. 1a er-

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sichtlich, sind ein Lösungsbehälter 1 mit einer Lösung 2 und Aussparungen 5 sowie ein auch als Unterlage für das Substrat 3 dienender Schieber 6, eine Abdeckplatte 7 und eine Abdeckplatte 9 mit dampfdurchlässigen dünnen Löchern 7 in einem langen, horizontalen Reaktionsrohr angeordnet, welches auf eine gleichmäßige!Temperatur erhitzt wird. Das Substrat 3 ist ein GaP-Einkristall, und die flüssige Lösung enthält GaP mit einer Konzentration, die das solvente Ga sättigt.

Schwefel für n-Störstellen, Stickstoff als StrahlungsZentrum und Zink für p-Störstellen werden in die Schichten jeweils aus HpS-Gas, NH-^-Gas und Zn-Dampf dotiert, diese Stoffe sind in dem Wasserstoff - oder dem inerten oder neutralen Gas enthalten. Der Schieber 6 wird aus der in Fig. 1a gezeigten Position nach rechts geschoben, und die flüssige Lösung 2 wird in die Aussparung 5 gemäß Fig. 1b eingegeben, so daß sie eine dünne Schmelze 8 aus einem kleinen Teil der flüssigen Lösung bildet, die langsam in dieser Position durch die Gasströmung abgekühlt wird. Das Gas enthält anfänglich HpS und NH^, um eine η-Schicht zu züchten, die Stickstoff enthält. Dann wird die Kühlung unterbrochen, und das Gas wird durch ein Gas ersetzt, welches Zn und NH,, jedoch'kein HpS enthält, und die Kühlung wird fortgesetzt. Auf diese Weise werden kontinuierlich eine η-Schicht und eine p-Schicht auf einem η -Substrat in einem einzigen Verfahrensschritt erzeugt. Dieses Verfahren hat die bereits beschriebenen Vorteile, jedoch den Nachteil, daß es einen'großen Leerraum benötigt, der auf die Verwendung des horizontalen langen Schiebers 6 zurückzuführen ist. Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß der für die Züchtung epitäxialer Schichten auf einem Substrat 3 erforderliche Raum zu klein im Hinblick auf die Gesamtgröße der Einrichtung ist.

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Andererseits wurde auch ein Verfahren angewendet, das mit einer drehbaren, kreisrunden Platte arbeitet und die Massenproduktion nach dem Flüssigverfahren verbessert. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2b zeigt eine Draufsicht und Fig. 2a den Schnitt 2a-2a aus Fig. 2b. ,

Die flüssige Lösung 2 wird in den Lösungsbehälter 1 eingegeben, der auf dem Substrathalter 10 einer kreisrunden Platte angeordnet, ist. Der Substrathalter 10 hat eine Aussparung 5, in der das Substrat 3 angeordnet ist.

Der Lösungsbehälter 1 und der Substrathalter 10 sind so hergestellt, daß sie relativ zueinander um die mittlere vertikale Achse drehbar sind. Wenn sie um 90° gegenüber der in Fig. 2b gezeigten Position verdreht werden, so gelangt das Substrat 3 unter die flüssige Lösung 2, und die epitaxiale Züchtung kann in dieser Position durchgeführt werden.

Dieses Verfahren (auch als Rotationsschieber-Verfahren bezeichnet) hat den Vorteil, daß im Gegensatz zu dem in Fig.1 gezeigten Verfahren kein horizontaler langer Schieber erforderlich ist. Es hat jedoch den Nachteil, daß der zur Zücthtung epitaxialer Schichten auf dem Substrat 3 tatsächlich verfügbare Raum zu klein ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der zuvor beschriebenen Verfahren zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, bei dem ein vorgegebener Raum voll zur Züchtung von Schichten ausgenutzt werden kann und sich zur Erwärmung auf eine gleichmäßige Temperatur eignet.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Sub-

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strate in mehreren, in einer drehbaren, runden Unterplatte vorgesehenen Aussparungen angeordnet werden, daß ein Lösungsbehälter mit einer unteren Ausgabeöffnung über der Unterplatte angeordnet wird, daß die Unterplatte mit Ausnahme der Behälterposition mit einer runden Oberplatte abgedeckt wird, die relativ zum Lösungsbehälter nicht drehbar ist, daß kleine Lösungsmengen gleichzeitig aus dem Lösungsbehälter durch Drehung der Unterplatte relativ zur Oberplatte und zum Lösungsbehälter auf die Substrate aufgebracht werden, daß jede Lösungsmenge hinsichtlich Form und Volumen durch die Oberplatte und die jeweilige Aussparung begrenzt wird und daß die epitaxialen Einkristallschichten gleichzeitig auf den Substraten aus jeder begrenzten Lösungsmenge gezüchtet werden.

Das Verfahren umfaßt also die gleichzeitige Zuführung kleiner Anteile der flüssigen Lösung aus einem Lösungsbehälter auf die Oberflächen der Substrate, welche in den Aussparungen einer drehbaren kreisrunden Unterplatte angeordnet sind. Der Lösungsbehälter wird auf einem Radius der Unterplatte positioniert, auf der wiederum eine kreisrunde Oberplatte relativ zu ihm nicht drehbar vorgesehen ist. Geringe Anteile der flüssigen Lösung werden dadurch in die Aussparungen gebracht, daß die Unterplatte relativ zur Oberplatte und dem Lösungsbehälter gedreht wird. Diese Anteile werden hinsichtlich Form und Volumen durch die Oberplatte und die Aussparungen begrenzt.

Entsprechend dem bisher realisierten Drehschieber-Verfahren werden epitaxiale Schichten gezüchtet, während das Substrat unter dem Lösungsbehälter angeordnet und in Kontakt mit der darin vorhandenen flüssigen Lösung ist. Daher konnte dieses

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Verfahren bisher nicht von sich aus den bereits in Verbindung mit Fig. 2 erläuterten Nachteil vermeiden. Es existiert auch no.ch ein Verfahren, bei dem epitaxiale Schichten auf einem Substrat gezüchtet werden, welches in eine Position gebracht wurde, in der eine niedrigere Temperatur als im Lösungsbehälter herrscht, nacHdem die flüssige Lösung auf dieses eine Substratstück aufgebracht wurde. Dieses Verfahren ist jedoch zur Massenproduktion nicht geeignet, da es überaus schwierig ist, eine kreisrunde Platte zu konstruieren, die einen Temperaturgradienten in Umfangsrichtung aufweist.

Wenn epitaxiale Schichten nach gleichzeitigem Aufbringen der flüssigen Lösung auf mehrere Substrate gezüchtet werden, wie es durch die Erfindung möglich ist, so kann der kreisrunde Substrathalter gleichmäßig erhitzt und abgekühlt werden, so daß die Erfindung als wesentliches Merkmal die Vorteile des Dünnschmelzen-Verfahrens nach Fig. 1 beibehält und gleichzeitig den auf eine gleichmäßige Temperatur erhitzten Raum voll ausnutzt.

Wenn nach dem bisherigen Drehschieber-Verfahren mehrschichtige epitaxiale Anordnungen gezüchtet werden, so sind mehrere Lösungsbehälter erforderlich. Wenn ferner Verunreinigungen aus der Dampfphase eindotiert werden, so müssen Gasströmungen, die unterschiedliche Verunreinigungen enthalten, den verschiedenen Lösungsbehältern zugeführt werden. Das Verfahren nach der Erfindung macht es jedoch möglich, die Mehrschichten-Züchtung mit nur einem Lösungsbehälter durchzuführen. Ferner hat das Verfahren nach der Erfindung einen wesentlichen Vorteil, der durch das bisherige Dünnschmelzen-Verfahren nicht gegeben ist.

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Ein Drehschieber-Verfahren, das nach der Erfindung ausgebildet ist, kann leicht auf die sogenannte Temperaturgradientenzüchtung epitaxialer Schichten aus der flüssigen Phase angewendet werden. Ein solches Verfahren ermöglicht die Züchtung epitaxialer Schichten unter Beibehaltung einer konstanten Temperatur durch einen Temperaturgradienten oberhalb und unterhalb der flüssigen Lösung (der obere'mit der höheren Temperatur), wie es an anderer Stelle beschrieben ist. Trotzdem hat das Verfahren den Vorteil, daß - im Gegensatz zu den bisherigen Drehschieberverfahren - nur sehr wenig Leerraum nötig ist.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht die Massenproduktion epitaxialer Einkristallschichten mit gleichmäßiger Dicke und gleichmäßiger Dotierung aus Halbleitern in der flüssigen Phase. Ferner ermöglicht es eine Steuerung der Zusammensetzung und des Dotierungsgrades epitaxialer Schichten über die dampfförmige-flüssige Phase.

Gemäß der Erfindung ist auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung möglichst vieler epitaxialer Einkristallschichten in einem einzigen Züchtungsvorgang vorgesehen. '

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben, die vergleichende Darstellungen enthalten. Es zeigen:

Fig. 1a+b schematische Ansichten des Vertikalschnitts einer Einrichtung bisheriger Technik zur- Durchführung des Dünnschmelze-Verfahrens ,

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Fig. 2a+b den Vertikalschnitt und eine Draufsicht einer Einrichtung zur Durchführung des Drehschieber-Verfahrens bisheriger Art,

Fig. 3 den Vertikalschnitt einer Einrichtung

zur Herstellung epitaxialer Einkristallschichten aus Halbleitern nach der Erfindung,

Fig. 4 die Oberseite der drehbaren Unterplatte und des Lösungsbehälters der in -Fig. 3 gezeigten Einrichtung und

Fig. 5 die Oberseite der Oberplatte in der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels beschrieben. Es handelt sich dabei um eine Einrichtung zur Herstellung epitaxialer Einkristallschichten aus GaP bzw. um die Bildung dieser Schichten, die Erfindung kann jedoch auch in gleicher Weise auf die Herstellung epitaxialer Einkristallschichten anderer verschiedener Halbleiter angewendet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel wurden eine η-Schicht und eine p-Schicht in einem Verfahrensgang auf einem n-Einkristallsubstrat aus GaP mit einem Durchmesser von 30 bis 50 mm nach dem LEC-Verfahren (Flüssigkeitseinschlußverfahren nach Czochralski) gezüchtet.

Fig. 3 zeigt einen vertikalen Schnitt des wesentlichen Teils einer Einrichtung zur Massenproduktion epitaxialer Schichten in der flüssigen Phase nach der Erfindung. Der Hauptteil der

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Einrichtung befindet sich unter einer Quarzglasglocke 11 und wird mit einer Heizvorrichtung 12 möglichst gleichmäßig in horizontalen Ebenen aufgeheizt, um einen Temperaturgradienten zu erzeugen, der in vertikaler Richtung erforderlich ist, wobei die höheren ·Temperaturen in den höheren Ebenen vorliegen. Falls erforderlich, können die Quarzglasglocke 11 und die Heizvorrichtung 12 in einer wassergekühlten Metallglocke angeordnet und mit Wasserstoffgas oder inertem oder neutralem Gas außerhalb der Quarzglasglocke gespült werden..Die flüssige Lösung 13 ist in dem Lösungsbehälter 14 angeordnet, der sich auf einer drehbaren Unterplatte 15 befindet.

Die Unterplatte 15 ist mit mehreren Aussparungen 16 versehen, in denen GaP-Einkristallsubstrate 17 angeordnet sind. Die kristallographische Orientierung der Substrate ist auf eine (111) B oder eine (1OO)-Fläche ausgerichtet. Die Aussparungen 16 sind von einer kreisrunden Oberplatte 18 abgedeckt, diese Oberplatte 18 dient als Abdeckung für die Unterplatte 15 mit Ausnahme des Bereichs des Lösungsbehälters 14.

Die Unterplatte 15 ist auf der Achse 19 für die Substratdrehung installiert, und die Oberplatte 18 ist auf ihrer eigenen Drehachse bzw. derjenigen des Lösungsbehälters angeordnet. Der Lösungsbehälter 14 dreht sich gemeinsam mit der Oberplatte 18, es ist jedoch möglich, die Oberplatte 18 allein zu drehen, während der Lösungsbehälter 14 auf der Unterplatte 15 stillgesetzt ist. Dies bedeutet, daß die Drehachse 20 in vertikaler Richtung relativ zur Drehachse 19 bewegbar ist. Ferner können die Drehachse 19 und die Drehachse 20 gemeinsam als ein Körper in vertikaler Richtung bewegt werden, um eine optimale Position für die Unterplatte 15 zu

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verwirklichen. Der zentrale Kanal 21 der Drehachse 20 kann zur Einführung oder Abführung von Gas genutzt werden. Dieser Kanal kann auch geschlossen sein. Es sind ein Gaseintritt 22 und ein-Gasaustritt 23 vorgesehen. Die Zuführung 24 für den Dampf eines Schichfbestandteils oder einer Verunreinigung ist an einer gegenüber den Drqhachsen 19 und 20 unterschiedlichen Position angeordnet. In ihr ist eine Feststoff- oder Flüssigkeitsquelle 25 vorgesehen. Sie wird mit einer Heizvorrichtung 26 erwärmt und mit einem Thermoelement 27 auf optimaler Temperatur gehalten. Es ist wichtig, das Gas einzuführen und abzuführen, um festzustellen, daß die Eintrittsströmung 28 und die Austrittsströmung 29 einander nicht stören und daß sie nicht überbrückt werden, ohne eine gewünschte Atmosphäre im Raum 30 innerhalb der Glocke 11 zu erzeugen.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht der Unterplatte 15 der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung und des darauf angeordneten Lösungsbehälters 14. Eine Öffnung 31 dient zur Durchführung der Drehachse 19· Es ist eine Lösungszuführungsöffnung 32 vorgesehen, die in radialer Richtung verläuft und schmal ist und sich am Boden des Lösungsbehälters 14 befindet. Die Aussparungen 16 können prinzipiell in Jedem Teil der Unterplatte 15 mit Ausnahme des Bereichs der Lösungszuführungsöffnung 32 vorgesehen sein.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht der Oberplatte 18 der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung. Die Öffnung 33 ist im Bereich des Lösungsbehälters 14 vorgesehen. ¥enn die Oberplatte 19 und der Lösungsbehälter 14 immer als Einheit verwendet werden, so ist die Größe dieser Öffnung 33 so bemessen, daß sie der Lösungszuführungsöffnung 32 entspricht.

Es ist zu erkennen, daß das Züchtungs verfahr en nach der Erfindung mit seinen verschiedenen charakteristischen Merk-

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malen mit einer Einrichtung der hier beschriebenen Art durchgeführt werden kann. Im folgenden wird nun ein konkretes Ausführungsbeispiel beschrieben.

Es wurde zunächst ein poröses Material für die Oberplatte 18 gewählt, um sie dampfdurchlässig zu machen. Die flüssige Lösung 13 war eine mit GaP gesättigte Ga-Lösung„ und es wurde Schwefel als η-Verunreinigung in Form von Ga₂Sp beigefügt. In die in Fig. 3 gezeigte Dampferzeugungsvorrichtung 24 wurde, Zink 25 eingegeben. Nachdem die Atmosphäre 30 als Vakuum bei Raumtemperatur erzeugt war, wurde Wasserstoffgas hoher Reinheit nach einer Stickstoffgasspülung eingeführt, und die Temperatur der flüssigen Lösung 13 wurde auf ca. 1 000⁰C mittels der Heizvorrichtung 12 eingestellt.

Nach 10 Minuten wurde die Unterplatte 15 gedreht, und die flüssige Lösung 13 wurde auf das GaP-Einkristallsubstrat 17 in der Aussparung 16 gegeben, um eine Schicht der zugeführten Lösung mit einer Dicke von ca. 1,5 mm zu erzeugen. Nach weiteren zwanzig Minuten wurde die Temperatur mit ca. 1,6°C/min. abgesenkt, bis ein Wort von ca. 90O⁰C erreicht war. Eine n-Schicht von ca. 35/um wurde auf dem Substrat mit einer (111)B-Fläche aus n⁺-GaP gezüchtet. Nach der Zuführung flüssiger Lösung wurden H₂S-GaS und NH^-Gas in das Wasserstoffgas eingeführt, um S und N in die gezüchtete n-Schicht zu dotieren. Dann wurde die Atmosphäre auf die einzigen Anteile Wasserstoff und NH^ gebracht, und die Zn-Quel-Ie 25 wurde auf 600 C mittels der Heizvorrichtung 26 erwärmt. Nach dreißig Minuten wurde eine Abkühlung mit ca. 6°C/min. durchgeführt, um wiederum eine epitaxiale Züchtung zu bewirken, während die Temperatur der Zn-Quelle auf

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6OO°C gehalten wurde. Nach fünfzehn Minuten wurde die Zuführung von NH^-Gas unterbrochen, die Temperatur der Zn-Quelle 25 wurde auf 65O°C angehoben und die epitaxiale Züchtung würde weiter fortgesetzt. Nach ca. zehn Minuten erreichte die Temperatur der Lösung den Wert von ca. 75O⁰C, dann wurde eine schnelle Abkühlung auf Raumtemperatur vorgenommen. Die Atmosphäre wurde wiederum auf Vakuurm gebracht und durch Stickstoffgas ersetzt, die Unterplatte 15 wurde herausgenommen und das Ga auf der Oberfläche der gezüchteten Schicht entfernt. Die Dicke der p-Schicht betrug 15 bis 20 /um. Auf diese Weise war die η-Schicht mit S und N dotiert, während die p-Schicht mit Zn und N dotiert war, und es ergab sich eine gezüchtete p-Schicht mit einem niedrigen spezifischen Widerstand an der Oberfläche. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden neunzehn epitaxiale Platten mit einem Durchmesser von ca. 40 mm in einem einzigen Verfahrensgang mit pn-Üborgängen hergestellt.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung schützt die Oberplatte das Einkristallsubstrat gegenüber der Atmosphäre, bevor die flüssige Lösung zugeführt wird. Nach Zuführung der Lösung und Rückführung der Unterplatte in die Anfangsstellung begrenzt sie die zugeführte Lösung hinsichtlich Form und Volumen mit demselben Plattenteil. Prinzipiell ist es deshalb möglich, die gesamte Fläche der Unterplatte zur epitaxialen Züchtung auszunützen, mit Ausnahme des Bereichs der Zuführungsöffnung für die flüssige Lösung.

Die Erfindung hat ferner ein charakteristisches Merkmal darin, daß die Länge des Lösungsbehälters in radialer Richtung der Unterplatte größer ist als die Abmessung in Umfangsrichtung. Dadurch wird der Vorteil einer Verringerung desnichtgenutzten Raumes erzielt. Ferner ist der Lösungsbehäl-

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ter an seinem Boden mit einer Zuführungsöffnung versehen, deren Querschnitt kleiner als die in dem Lösungsbehälter vorgesehene Lösungsmenge ist. Dadurch wird der nichtgenutzte Raum weiter verringert, und es wird möglich, auch geringe Mengen flüssiger Lösung wirksam zuzuführen.

Es ist ferner möglich, den oben beschriebenen Bestandteil und/oder Verunreinigungen durch die Oberplatte zuzuführen, indem dampfdurchlässiges Material für diese Oberplatte ver-Y/endet wird oder kleine Öffnungen o.a. vorgesehen werden und eine Atmosphäre erzeugt wird, die den Bestandteil für die zu züchtenden Epitaxialschichten und/oder Verunreinigungen enthält, nachdem die flüssige Lösung zugeführt ist.

Durch Anwendung dieses Verfahrens ist es möglich, eine flüssige Lösung zu verwenden, die nur ein Lösungsmittel oder auch eine imgesättigte Menge des gelösten Stoffes enthält, und dann eine Atmosphäre zu erzeugen, die den aktiven Bestandteil oder die Verunreinigung enthält, nachdem die flüssige Lösung dem Substrat zugeführt ist. Deshalb kann die Oberfläche des Substrats vor der Züchtung epitaxialer Schichten reingehalten werden.

An der Grenzschicht kann ein Teil des Substrats durch die flüssige Lösung aufgelöst werden. Wenn ein Temperaturgradient oberhalb und unterhalb des Substrats erzeugt wird, der mit höherer Position eine höhere Temperatur verursacht, so ist es möglich, die Auflösung des Substrats zu vermeiden.

Es ist nicht nur möglich, eine epitaxiale Mehrschichtenzüchtung durchzuführen, sondern es können auch Schichten mit einer vorgegebenen Zusammensetzung oder vorgegebenen Verunreinigungen gezüchtet werden, indem die Zusammensetzung

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der Atmosphäre bei fortschreitender Züchtung geändert wird.

Ferner ist es möglich, die Oberplatte aus einem Material oder mit einer Form vorzusehen, bei der keine Dampfdurchlässigkeit besteht, und den oben erläuterten Bestandteil und/oder Verunreinigungen dem,Lösungsbehälter aus einer Atmosphäre zuzuführen, die den Bestandteil für dieιepitaxialen Schichten und/oder Verunreinigungen enthält, bevor die flüssige Lösung zugeführt wird. Da das Substrat in Kontakt mit der Lösung kommt, die einen völligen Gleichgewichtszustand angenommen hat, erweist sich dies insbesondere in dem Falle als v/irksam, daß kein Teil des Substrats aufgelöst werden soll.

Ferner ist es möglich, die Oberplatte von der Unterplatte zu entfernen, nachdem die flüssige Lösung zugeführt ist, um einen ausreichenden Kontakt zwischen der Atmosphäre und der zugeführten Lösung zu gewährleisten, und dann die Oberplatte wieder auf der Unterplatte anzuordnen. Dieses Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es schwierig ist, in der Atmosphäre und der flüssigen Lösung einen GIeichgewichtszustand herzustellen.

Außerdem ist es möglich, einen ausreichenden Kontakt zwischen der Atmosphäre und der zugeführten flüssigen Lösung über die Zuführungsöffnung auch nach der zuführung der Lösung herzustellen, indem die Relativdrehung der Unterplatte gegenüber der Oberplatte und dem Lösungsbehälter fortgesetzt wird.

Man kann auch die Dampfzuführungsquelle für Dampf mindestens einer Art der Bestandteile oder Verunreinigungen für die zu züchtenden epitaxialen Schichten an einer Stelle anordnen, die gegenüber der Drehachse der Unterplatte versetzt ist.

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Dadurch wird ein Vorteil bei der Erzeugung einer gewünschten Atmosphäre erzielt.

Außerdem ist es möglich, epitaxiale Schichten zu züchten, während die Drehung der Unterplatte und der Oberplatte gemeinsam fortgesetzt wird. Die? erweist sich als vorteilhaft bei der Züchtung epitaxialer Schichten auf vielen Substraten bei geringer Streuung der erzielten Eigenschaften.

Außer dem vorstehend beschriebenen Aucführungsbcispiel sind zahlreiche Abänderungen unter Ausnutzung der erläuterten Eigenschaften der Erfindung möglich. Beispielsweise kann die Züchtungsrate erhöht werden, indem ein Temperaturgradien von 2 bis 6°C/cm in vertikaler Richtung vorgesehen wird, obwohl die Temperatur der flüssigen Lösung in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ziemlich gleichmäßig gehalten wurde. Der Temperaturgradient kann auch nach der Einleitung der epitaxialen Züchtung geändert werden. Ferner ist es möglich, epitaxiale Schichten bei konstanter Temperatur zu züchten, wobei sie z.B. auf einer Temperatur von ca. 80O⁰C gehalten werden, wenn ein Temperaturgradient von 10 bis 50⁰C/ cm erzeugt wird und ΡΗ,-Gas in den Dampf eingeführt wird.

Ferner kann man die Dickenverteilung der gezüchteten Schichten dadurch steuern, daß die in erläuterter V/eise begrenzte Lösung mit einem Dickengradienten versehen wird.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur gleichzeitigen Züchtung mehrerer halbleitender epitaxialer Einkristallschichten auf mehreren Substraten aus der flüssigen Phase, dadurch gekennzeichnet , daß die 'Substrate in mehreren, in einer drehbaren, runden Uhterplatte vorgesehenen Aussparungen angeordnet werden, daß ein Lösungsbehälter mit einer unteren Ausgabeöffnung über der Unterplatte angeordnet wird, daß die Unterplatte mit Ausnahme der Behälterposition mit einer runden Oberplatte abgedeckt wird, die relativ zum Lösungsbehälter nicht drehbar ist, daß kleine Lösungsmengen gleichzeitig aus dem Lösungsbehälter durch Drehung der Unterplatte relativ zur Oberplatte und zum Lösungsbehälter auf die Substrate aufgebracht werden, daß jede Lösungsmenge hinsichtlich Form und Volumen durch die Oberplatte und die jeweilige Aussparung begrenzt wird und daß die epitaxialen Einkristallschichten gleichzeitig auf den Substraten aus jeder begrenzten Lösungsmenge gezüchtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

i net, daß eine Oberplatte aus dampfdurchlässigem Material

aus
oder/einem Material mit kleinen Löchern verwendet wird, und daß über der Oberplatte nach Zuführung der kleinen Lösungsmengen eine Atmosphäre erzeugt wird, die einen Bestandteil der epitaxialen Schicht und/oder eine flüchtige Verbindung des Bestandteils und/oder ein Dotierungsmittel und eine flüchtige Verbindung des Dotierungsmittels enthält, wobei der Bestandteil und/oder das Dotierungsmittel durch die Oberplatte hindurch in jede der aufgebrachten Lösungsmengen eingeführt werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberplatte aus dampfundurchlässigem Material vcrv/endet wird und daß über der Oberplatte vor dem Aufbringen der kleinen Lösungsmengen, eine Atmosphäre erzeugt wird, die einen Bestandteil für die epitaxiale Schicht und/oder eine flüchtige Verbindung des Bestandteils und/oder ein Dotierun'gsmittel und eine flüchtige Verbindung des Dotierungsmittels enthält, wobei der Bestandteil und/oder das Dotierungsmittel in di'e Lösung innerhalb des Lösungsbehälters gelöst werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine ausreichende Dampf-Flüssigkeitsverbindung zwischen der über der Oberplatte erzeugten Atmosphäre und den aufgebrachten Lösungsmengen durch Trennung der Oberplatte von der Unterplatte nach dem Aufbringen der Lösungsmengen beibehalten wird, wonach die Unterplatte mit Ausnahme der Position des Lösungsbehälters durch die Oberplatte abgedeckt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine ausreichende Dampf-Flüssigkeitsverbindung zwischen einer über der Oberplatte und den aufgebrachten Lösungsmengen erzeugten Atmosphäre durch Fortsetzung der Drehung der Unterplatte relativ zur Oberplatte und dem Lösungsbehälter nach dem Aufbringen der kleinen Lösungsmengen beibehalten wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Unterplatte und die Oberplatte gemeinsam gedreht werden, während die ep it axialen Schichten gezüchtet v/erden.

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7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der aufgebrachten Lösungsmengen derart gesteuert wird, daß sie im Umfangsteil der Unterplattc größer als in ihrem mittleren Teil ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein nach unten abfallender Temperaturgradient zwischen der Oberplatte und der Unterplatte erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturgradient von 2 bis 6°C/cm erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß ein Temperaturgradientvon 10 bis 50°C/cm erzeugt \\rird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturgradient nach Einleitung der Züchtung geändert wird.
12. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Behälter (11) zur Erzeugung einer Züchtungsatmosphäre in seinem Innenraum, durch eine den Behälter (11) umgebende Heizvorrichtung (12), durch eine kreisrunde Unterplatte (15) mit mehreren Aussparungen (16) auf deren Oberfläche zur Aufnahme der Substrate (17), durch einen über der Unterplatte (15) angeordneten Lösungsbehälter (14), in dessen Boden eine in Richtung eines Radius der Unterplatte (14) verlaufende Ausgabeöff-

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nung (32) vorgesehen ist, durch eine kreisrunde Oberplatte (18), die relativ zum Lösungsbehälter (14) nicht drehbar ist und die Unterplatte (15) mit Ausnahme der Position des Lösungsbehälters (14) abdeckt, und durch eine Drehvorrichtung zur Drehung der Unterplatte (15) relativ zur Oberplatte (18) und zum Lösungsbehälter (14).
13. Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine zweite Drehvorrichtung zur Drehung der Unterplatte (15) und der Oberplatte (18) als gemeinsamer Körper.
14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösungsbehälter (14) in radialer Richtung der Unterplatte (15) eine größere Abmessung als in deren Umfangsrichtung hat.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet ,daß die AustrittsÖffnung (32) in radialer Richtung der Unterplatte länger als in deren Umfangsrichtung ist und daß ihr Querschnitt kleiner als die Fläche der in dem Lösungsbehälter (14) vorhandenen Lösung (13) ist. '
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizvorrichtung (12) in einer Außenkammer angeordnet ist und daß der Raum zwischen dem Behälter (11) und der Außenkammer durch Wasserstoffgas, ein inertes Gas oder ein neutrales Gas ausgefüllt ist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß eine Dampferzeugungs-

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vorrichtung (24) an einer gegenüber der Drehachse (19) der Unterplatte (15) versetzten Stelle zur Erzeugung zumindest eines Dampfes vorgesehen ist, der einen Bestandteil der epitaxialen Schicht und/oder eine flüchtige Verbindung des Bestandteils und/oder ein Dotierungsmittel und eine flüchtige Verbindung des Dotierungsmittels enthält. '
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, g e kennz'eichnet durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines nach unten abfallenden Temperaturgradienten zwischen der Oberplatte (18) und der Unterplatte (15) mit einem Viert von 10 bis 50 C/cm, vorzugsweise von 2 bis 6°C/cm.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vorrichtung zur Änderung des Temperaturgradienten nach Einleitung des Züchtungsvorganges vorgesehen ist.

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